大肠癌的脂质代谢与天然产物的防治研究进展*

张 莉，闻晓东

中国药科大学 天然药物活性组分与药效国家重点实验室，南京 210009

大肠癌又称为结直肠癌，是临床上常见的消化道恶性肿瘤，具有较高的发病率和致死率，每年约有140万人被确诊为大肠癌，预计到2035年确诊人数将会达到240万[1]。流行病学研究发现，饮食、肥胖和糖尿病是大肠癌发病的危险因素[1]。近年来的研究表明，脂质代谢紊乱与大肠癌的发生与发展密切相关[2]。

脂质（Lipids）是一类存在于自然界中不溶于水的小极性化合物，根据酮酰基和异戊二烯基的位置不同，将脂质分为8 类：脂肪酸类（fatty acyls）、甘油酯类（glycerolipids）、甘油磷脂类（glycerophospholipids）、鞘脂类（sphingolipids）、固醇脂类（sterol lipids）、孕烯醇酮酯类（prenol lipids）、糖脂类（saccharolipids）和聚酮类（polyketides）[3]。研究表明，脂质代谢紊乱与肿瘤的发生发展密切相关，在肿瘤细胞中有大量的脂质合成：一方面为快速增殖的肿瘤细胞提供物质基础和能量供应；另一方面脂代谢产物如前列腺素E2（prostaglandin E2）、磷脂酸 （phosphatidic acid）、类 花 生 酸 （eicosanoids）等脂质（lipids）作为第二信使参与细胞的增殖与存活。而固醇调节原件结合蛋白 （Sterol regulatory element-binding protein transcription factors，SREBPs）是调控脂质合成的关键转录因子，研究表明，SREBP-1在结肠癌中高水平表达，促进肿瘤的发生与进展[4]。而SREBP-1抑制剂桦木醇（betulin）、考来烯胺（fatostatin）等可以显著地抑制肿瘤细胞的增殖、侵袭和迁移，诱导肿瘤细胞凋亡。此外，敲除SREBP-1可以显著抑制大肠癌细胞的增殖与侵袭。因此，开发出高效、低毒、选择性调控脂质代谢以达到抗肿瘤作用的天然化合物具有较好的临床应用前景。

1 SREBPs：脂质合成的关键调节因子

脂质代谢紊乱是肿瘤的一个典型特征，其最显著的变化为脂质从头合成增加。研究表明，脂质从头合成主要生成饱和/单 不 饱 和 脂 肪 酸 SAFA （saturated fatty acids）、MUFA（mono-unsaturated fatty acids），以磷脂（phospholipids）为主要最终产物[5]。首先，柠檬酸（citrate）依次在ATP柠檬酸裂解酶（ATP-citrate lyase，ACLY）、乙酰辅酶 A 羧化酶（acetyl-CoA carboxylase，ACC） 和脂肪酸合酶 （fatty acid synthase，FASN）的作用下生成SAFA，然后在去饱和酶SCD（stearoyl-CoA desaturase）、FADS（fatty acid desaturase）和加长酶（fatty acid elongase，ELOVL）的作用下生成MUFA和多不饱和脂肪酸（polyunsaturated fatty acids，PUFA），进而生成饱和或单不饱和磷脂 （saturated phospholipids；mono-unsaturated phospholipids）。

众所周知，磷脂（phospholipids）是细胞膜的主要成分之一，其在细胞的生长和增殖方面发挥着重要的作用：一方面维持细胞膜的稳态；另一方面进行细胞膜的信息传递[6]。此外，新合成的脂肪酸在乙酰辅酶A合成酶（acetyl-CoA synthetase，ACS）的作用下进行活化，进而在转移酶GPAT（glycerol-3-phosphate acyltransferase）、AGPAT（1-acylglycerol-3-phosphate O-acyltransferase）、DGAT （diacylglycerol O-acyltransferase）和磷脂酸磷酸酶（phosphatidic acid phosphatase，PAP）的作用下生成甘油三脂（triglyceride，TG）。过量的TG以脂滴的形式存在于细胞中，为细胞提供能量供应和膜合成物质基础；新近研究表明，肿瘤细胞中脂滴的堆积与细胞耐药密切相关[7-9]。同时，乙酰辅酶A（acetyl-CoA）可通过甲羟戊酸途径生成胆固醇（cholesterol），而细胞内胆固醇（cholesterol）的堆积可以刺激巨噬细胞和其他免疫细胞，进而引起炎症反应；同时血清中胆固醇（cholesterol）的含量与肿瘤的发生发展密切相关[10-12]。见图 1[13]。

图1 细胞内脂质合成通路

SREBPs是调节脂质平衡的关键转录因子，其主要有3种亚型：固醇调节原件结合蛋白-1a（SREBP-1a）、固醇调节原件结合蛋白-1c（SREBP-1c）和固醇调节原件结合蛋白-2（SREBP-2）。研究表明，SREBP-1a和 SREBP-1c主要调控脂肪酸代谢，而SREBP-2是胆固醇代谢的主要调控因子[14，15]。但新合成的SREBPs以一种无活性前体形式存在，与SREBP裂解活化蛋白（SREBP cleavage-activating protein，SCAP）形成二聚体，而SCAP可以可逆性地与胰岛素诱导基因蛋白（insulin-induced gene proteins，INSIG）结合，在正常情况下三者以复合物的形式铆定在内质网上。当细胞中甾醇（sterols）含量降低时，INSIG与SCAP不再结合，SCAP构型发生改变，牵引SREBP-1经包被蛋白Ⅱ （coated proteinⅡ，COPⅡ）包被小泡转移至高尔基体膜，并依次由蛋白酶（membrane-bound transcription factor site-1 protease，S1P；membrane-bound transcription factor site-2 protease，S2P）切割释放活性N端，迁移到细胞核内与相应的靶基因启动子/增强子的胆固醇结合元件SRE结合，促进其下游FASN、ACC、ACLY、SCD-l和3-羟基3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase，HMGCR） 等基因转录，从而调节胆固醇（cholesterol）及脂肪酸（fatty acids，FAs）的合成[16，17]。

研究表明，SREBPs的激活不仅受细胞内甾醇（sterols）的影响，多种细胞信号通路对其的成熟也具有调控作用（见图2）[17]。胰岛素细胞信号通路在脂质的合成中扮演者重要的角色，胰岛素（insulin）可以通过 PI3K-AKT-mTORC1-S6K1信号通路激活SREBP-1的表达，进而加速FAs的从头合成[18]。雷帕霉素靶蛋白 （mammalian target of rapamycin，mTOR）具有两种亚型，即 mTORC1和 mTORC2。Hagiwara A等[19]研究表明，在肝脏中mTORC2同样可以通过AKT-SREBP-1c通路促进FAs的合成。此外，在黑色素瘤细胞中，表皮生长因子（epidermal growth factor receptor，EGFR）抑制剂拉帕替尼可通过PI3K-Akt通路抑制SREBP-1的表达，表明EGFR同样可以通过调控脂肪酸合成关键转录因子SREBP-1而影响黑色素瘤细胞中的脂质代谢[20]。糖原合成酶激酶-3（Glycogen synthase kinase 3，GSK3）是 AKT的下游，AKT可抑制 GSK3的表达，进而促进SREBP-1c的磷酸化，抑制SREBP-1c的表达[21]。腺苷酸活化蛋白激酶（AMP-activated protein kinase，AMPK）作为细胞内调控能量代谢的关键分子，在调节肝脏脂质代谢中起着重要作用。Yang J等[22]的研究结果显示，AMPK可以通过抑制内源性的肝X配体的产生而抑制SREBP-1c的转录，同时，AMPK表达升高可抑制mTORC1介导的SREBP-1c的表达[23]。P53是肿瘤中常见的突变基因，Freed-Pastor W等[24]的研究显示，p53可以刺激SREBP-2的转录，进而加速胆固醇（cholesterol）的合成，刺激细胞的生长。此外，mTORC1的激活不仅可以促进SREBP-1的表达，同时可以激活SREBP-2的表达[25]。而第10号染色体缺失的磷酸酶和张力蛋白同源物（phosphatase and tensin homolog，PTEN）基因可通过PI3K-AKT-mTORC-SREBP通路调控脂质的合成[26]。

图2 调控SREBPs的细胞信号通路

2 脂质代谢紊乱介导大肠癌的发生发展

脂质代谢异常与肿瘤的发生发展密切相关。Wen YA等[4]研究表明，敲除SREBPs可以显著地抑制大肠癌细胞的增殖，降低大肠癌细胞的增殖能力，且抑制大肠癌移植瘤的生长。FASN是SREBP-1调控的脂肪酸从头合成的下游关键因子，其在原发性大肠癌和肝转移大肠癌组织中表达显著升高，其一方面通过增强细胞的呼吸作用、维持细胞内的能量稳态；另一方面可以通过Wnt信号通路促进大肠癌的侵袭与转移，从而缩短患者的生存期[27，28]。此外，奥利司他（FASN抑制剂）可以激活半胱氨酸蛋白酶-3（caspase-3），加速大肠癌细胞的凋亡[29]。研究表明，脂质代谢产物可能会干预大肠癌的发生与发展，Pyne NJ等[30]的研究显示，鞘脂代谢物1-磷酸鞘氨醇（sphingosine 1-phosphate）可通过激活 NF-κB/IL-6/STAT3信号通路，促进结肠炎转化为结肠癌。

磷脂酰胆碱（phosphatidylcholine，PC）是甘油磷脂家族的成分之一，其可以合成磷脂酰丝氨酸（phosphatidylserine）、鞘磷脂（sphingomyelin）等其他磷脂（phospholipids），是细胞膜的主要成分之一。研究表明，在结直肠癌组织中，PC的含量显著升高，促进结直肠细胞的生长，调节细胞内的信号通路[31]。此外，磷脂酶 A2（Phospholipase A2，PLA2）是 PC水解成溶血磷脂酰胆碱（lysophosphatidylcholine，LPC）的关键酶，在溃疡性结肠炎中PLA2的表达显著升高[32]。PC在PLA2的作用下水解生成LPC，激活巨噬细胞，使巨噬细胞停留在M1型，进而产生IL-12、IL-1β、TNF-α和IL-6等促炎因子，增强炎症反应，进而引起大肠癌的发生[33，34]。

FAs主要分为SAFA、MUFA和PUFA3类，由于其结构的不同，在肿瘤的发生发展中扮演着不同的角色。研究表明，油酸（oleic acid）、软脂酸（palmitic acid）和亚油酸（linoleic acid）可以降低大肠癌发生的风险，而花生四烯酸（arachidonic acid，AA）和硬脂酸（octadecanoic acid）可以显著增加结直肠癌发生的风险[35]。游离的AA可生成PGE2、前列腺素D2（prostaglandin D2）、血栓素（thromboxanes），其中 PGE2 在大肠肿瘤中的含量丰富，通过上调β-连环蛋白（β-catenin）、激活PI3K、AKT激酶致癌基因和RAS-丝裂原活化蛋白激酶（RAS-mitogen-activated protein kinase）通路，促进大肠癌的发生[36]。

TG是人体含量最丰富的脂质之一，研究表明，血清中的TG的含量与大肠腺瘤的发病率呈正相关[37]。TG是合成脂滴的原料，Xiao L等[38]研究显示，在人的结直肠癌组织中脂滴的堆积显著升高；但TG与结肠癌发病之间的机制尚待进一步的研究。

脂质代谢紊乱不仅可以促进炎症反应，进而引起大肠癌变，还可促进大肠癌的侵袭与转移。

3 天然产物通过靶向脂质代谢通路作为大肠癌的预防和治疗药物

脂质代谢紊乱引发炎症反应，进而加速癌症的发生与发展，细胞内胆固醇（cholesterol）的堆积可以激活免疫细胞，进而引起炎症反应[39]。HMGCR是胆固醇（cholesterol）合成过程中的关键酶，研究表明，天然产物洛伐他汀（lovastatin）和α-细辛脑（α-asarone）等化合物，可以抑制HMGCR的活性，进而抑制胆固醇（Cholesterol）的合成，因此有望开发成为预防大肠癌的天然药物[40，41]。AA在炎症反应中扮演着重要的角色：它在环氧合酶-2（cyclooxygenase-2，COX-2）和脂氧合酶-5 （lipoxygenase-5，5-LOX）的作用下，生成前列腺素（prostaglandins，PGs）、白三烯（leukotrienes，LTs）等促炎因子，因此干扰AA代谢可以有效地抑制炎症反应，进而保护肠道健康。小檗碱（berberine）是一种存在于多种植物中的生物碱，Park JJ等[42]研究表明，小檗碱可以通过激活AMPK而抑制大肠癌细胞的迁移。Liu X等[43]研究也表明，小檗碱可抑制COX-2/PGE2的表达，进而抑制大肠癌细胞的侵袭与转移。Lee YK等[44]研究表明，姜黄素 （curcumin）可通过影响AMPK-COX-2的表达而促进大肠癌细胞HT-29的凋亡，发挥抗大肠癌的作用。二烯丙基硫化物（diallyl sulfides）[45]、漆黄素（fisetin）[46]、茄红素（lycopene）[47]和熊果酸（ursolic acid）[48]等化合物也可以抑制AA代谢物的产生，进而发挥抗炎、抑制大肠癌的作用。此外，研究表明，胞外多糖（extracellular polysaccharide，EPS1-1）可以增加大肠癌小鼠粪便中总短链脂肪酸（total short-chain fatty acids，SCFAs）的浓度，抑制氧化偶氮甲烷/右旋糖酐硫酸酯钠（azoxymethane，AOM；dextran sodium sulfate，DSS）诱导的大肠癌的发生[49]。

芦丁（Rutin）[50]、獐牙菜苦苷（swertiamarin）[51]、桦木醇（betulin）[52]、黄腐酚（xanthohumol）[53]和千层纸素 A（oroxylin A，OA）[54]可以抑制SREBP-1，进而抑制脂质的合成。Ni T等[54]研究表明，OA可以通过抑制SREBP-1及其下游基因的表达抑制大肠癌脂质代谢，进而抑制大肠癌细胞生长。RA-XII可下调SREBP-1的表达，抑制大肠癌的生长和转移[55]。浅蓝菌素（cerulenin）可抑制FASN的表达，抑制大肠癌细胞的增殖、促进大肠癌细胞的凋亡[56]。膳食纤维发酵产物丁酸盐是一种治疗肿瘤的候选物质，最新的研究结果表明，丁酸钠（sodium butyrate，NaB）可激活诱导结直肠癌细胞自噬，其作用机制为激活AMPK、促进ACC的磷酸化，进而引起自噬蛋白表达升高[57]。n-3多不饱和脂肪酸（n-3PUFAs）存在于多种食物中，朱文劲等[58]研究表明，n-3PUFAs可以显著的抑制N-甲基-N-亚硝基脲诱导的FASN的表达升高，进而降低大鼠大肠肿瘤的发生率。

贝母素乙（peiminine）是从浙贝母（Fritillaria thunbergii）中提取出的一种化合物，研究表明，其可以改变大肠癌细胞的脂质代谢，进而促进大肠癌细胞的凋亡[59]。木犀草素（luteolin）是一种黄酮类化合物，Manju V等[60]研究显示，其可以通过抑制脂质过氧化反应，进而发挥预防和治疗大肠癌作用。此外，聚戊烯醇（polyprenol）[61]、白藜芦醇（resveratrol）[62]和冬青素A（ilexgenin A）[63]均具有显著的降脂作用。灵芝提取物（Ganoderma tsugae）[64]能有效地抑制 SREBP-1 的活性，发挥抗癌效果。肉桂酸甲酯（methyl cinnamate）[65]可下调 SREBP-1的表达，进而抑制脂肪细胞的分化。上述这些化合物可能具有潜在的抗大肠癌作用。

4 总 结

脂质代谢已被证实参与到肿瘤细胞生物学的多种代谢途径过程中，其生物合成、摄取及修饰不仅影响肿瘤细胞的增殖和存活，同时也通过更复杂的信号通路影响肿瘤细胞的迁移、侵袭及肿瘤血管生成等。目前，一些脂肪酸代谢酶和转录因子抑制剂，已开始了临床前及临床抗肿瘤治疗研究，以肿瘤脂类异常代谢通路及相关酶为靶点的天然活性化合物的筛选及新药的开发，也将为大肠癌的治疗开拓新的领域。